DES加密算法的替代算法上机报告.docx
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DES加密算法的替代算法上机报告
DES加密算法的替代算法
上机报告
课程名称
信息安全概论
专业名称
软件工程
班级
XXXX
学号
XXX
学生姓名
XXX
教师姓名
XXX
2014年10月13日
1概述
本次作业我使用的是C语言,选择的替代算法为三重三密DES加密算法。
2程序运行结果
2.1运行环境
Windows764位,DEV-C++4.9.9.2。
2.2运行方法
首先我们作如下约定:
DES.c文件所在文件夹的名称为src。
在src目录下新建4个txt文件,名称分别为plaintext.txt,key_1.txt,key_2.txt,key_3.txt。
在plaintext.txt中输入你想加密的内容;key_1.txt,key_2.txt,key_3.txt存储的是密钥K1,K2,K3,在其中输入你想设置的密钥(注意,应使这三个文件的大小均为8bytes,你设置的密钥才能被正确地识别)。
(在提供的源代码中已经包含了这些文件)
在DEV-C++中打开DES.c文件,选择运行编译运行。
运行完程序后,在src目录下,新增了一些文件,其中cipertext.txt存储的是加密后的密文,plaintext_solved.txt存储的是解密后得到的明文。
2.3测试运行截图
图1表示的是设置好的3个密钥K1,K2,K3。
图1
图2显示了明文、密文、解密后的明文。
图2
3核心代码解释
程序片段1(DES_EncryptBlock函数)是使用DES加密算法加密单个分组(8bytes)的。
首先,将8bytes数据转换成64bits数据,然后,进行初始置换(IP置换),进入16轮迭代,在这里值得注意的是,左右部分的交换只执行了15次,这是因为第16次就不再进行迭代计算了。
最后,将加密的64bits数据转化为8bytes数据。
解密过程与此大致相同。
程序片段1
intDES_EncryptBlock(ElemTypeplainBlock[8],
ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypecipherBlock[8]){
ElemTypeplainBits[64];
ElemTypecopyRight[48];
intcnt;
Char8ToBit64(plainBlock,plainBits);
//初始置换(IP置换)
DES_IP_Transform(plainBits);
//16轮迭代
for(cnt=0;cnt<16;cnt++){
memcpy(copyRight,plainBits+32,32);
//将右半部分进行扩展置换,从32位扩展到48位
DES_E_Transform(copyRight);
//将右半部分与子密钥进行异或操作
DES_XOR(copyRight,subKeys[cnt],48);
//异或结果进入S盒,输出32位结果
DES_SBOX(copyRight);
//P置换
DES_P_Transform(copyRight);
//将明文左半部分与右半部分进行异或
DES_XOR(plainBits,copyRight,32);
if(cnt!
=15){
//最终完成左右部的交换
DES_Swap(plainBits,plainBits+32);
}
}
//逆初始置换(IP^1置换)
DES_IP_1_Transform(plainBits);
Bit64ToChar8(plainBits,cipherBlock);
return0;
}
程序片段2是使用DES加密算法加密文件的,使用到了DES_EncryptBlock函数,这里涉及到许多文件操作。
解密文件与此大致相同。
程序片段2
intDES_Encrypt(char*plainFile,char*keyStr,char*cipherFile){
FILE*plain,*key,*cipher;
intcount;
ElemTypeplainBlock[8],cipherBlock[8],keyBlock[8];
ElemTypebKey[64];
ElemTypesubKeys[16][48];
if((plain=fopen(plainFile,"rb"))==NULL){
returnPLAIN_FILE_OPEN_ERROR;
}
if((cipher=fopen(cipherFile,"wb"))==NULL){
returnCIPHER_FILE_OPEN_ERROR;
}
if((key=fopen(keyStr,"rb"))==NULL){
returnKEY_FILE_OPEN_ERROR;
}
//设置密钥
fread(keyBlock,sizeof(char),8,key);
//将密钥转换为二进制流
Char8ToBit64(keyBlock,bKey);
//生成子密钥
DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys);
while(!
feof(plain)){
//每次读8个字节,并返回成功读取的字节数
if((count=fread(plainBlock,sizeof(char),8,plain))==8){
DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock);
fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher);
}
}
if(count){
//填充
memset(plainBlock+count,'\0',7-count);
//最后一个字符保存包括最后一个字符在内的所填充的字符数量
plainBlock[7]=8-count;
DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock);
fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher);
}
fclose(plain);
fclose(cipher);
fclose(key);
returnOK;
}
在这些大型函数所使用的最小子函数中,无外乎这几类处理程序:
字节和比特流的互相转换、置换运算、S盒压缩运算。
下面对此一一说明。
程序片段3即为字节和比特流的互相转换,所用到的原理很简单:
任何数|0=任何数、移位操作。
在这里需要说明的是,在使用BitToByte函数时,必须初始化ch,使其8位都为0,因为任何数|0=任何数。
程序片段3
//字节转换成二进制
intByteToBit(ElemTypech,ElemTypebit[8]){
intcnt;
for(cnt=0;cnt<8;cnt++){
*(bit+cnt)=(ch>>cnt)&1;//与一位(1bit)“1”相与,结果仍为一位(1bit)
}
return0;
}
//二进制转换成字节
intBitToByte(ElemTypebit[8],ElemType*ch){
intcnt;
for(cnt=0;cnt<8;cnt++){
*ch|=*(bit+cnt)< } return0; } 程序片段4即为置换操作,在这两个函数中,使用到了PC_1和PC_2数组,通过两次使用中括号运算符巧妙地完成了置换操作。 程序中其他的置换操作与该程序片段类似。 程序片段4 //密钥置换1 intDES_PC1_Transform(ElemTypekey[64],ElemTypetempbts[56]){ intcnt; for(cnt=0;cnt<56;cnt++){ tempbts[cnt]=key[PC_1[cnt]]; } return0; } //密钥置换2 intDES_PC2_Transform(ElemTypekey[56],ElemTypetempbts[48]){ intcnt; for(cnt=0;cnt<48;cnt++){ tempbts[cnt]=key[PC_2[cnt]]; } return0; } 程序片段5即为S盒压缩运算。 cur1和cur2分别是48bits输入和32bits输出的指针下标,然后程序中使用移位操作来代替乘法操作,这样做是为了提高程序运行效率。 接着,通过移位操作和乘法操作,按照S盒的计算方法计算所对应的行与列,得到输出。 最后,将输出转化为二进制。 程序片段5 //S盒置换 intDES_SBOX(ElemTypedata[48]){ intcnt; intline,row,output; intcur1,cur2; for(cnt=0;cnt<8;cnt++){ cur1=cnt*6; cur2=cnt<<2;//即cnt*4 //计算在S盒中的行与列 line=(data[cur1]<<1)+data[cur1+5]; //6bit输入中的第1和第6比特组成的二进制数确定行 row=(data[cur1+1]<<3)+(data[cur1+2]<<2) +(data[cur1+3]<<1)+data[cur1+4];//6bit输入中的中间4位二进制数确定列 output=S[cnt][line][row]; //化为2进制 data[cur2]=(output&0X08)>>3;//任何数&1=任何数 data[cur2+1]=(output&0X04)>>2; data[cur2+2]=(output&0X02)>>1; data[cur2+3]=output&0x01; } return0; } 程序片段6就是DES替代算法,可以很容易地看出程序的编写思路。 这两个函数直接调用了DES_Encrypt和DES_Decrypt函数,将产生的中间文件命名为X_temp.txt格式。 程序片段6 //加密--DES替代算法(三重三密) intDES_advanced_Encrypt(){ DES_Encrypt("plaintext.txt","key_1.txt","1_temp.txt"); DES_Decrypt("1_temp.txt","key_2.txt","2_temp.txt"); DES_Encrypt("2_temp.txt","key_3.txt","cipertext.txt"); return0; } //解密--DES替代算法(三重三密) intDES_advanced_Decrypt(){ DES_Decrypt("cipertext.txt","key_3.txt","3_temp.txt"); DES_Encrypt("3_temp.txt","key_2.txt","4_temp.txt"); DES_Decrypt("4_temp.txt","key_1.txt","plaintext_solved.txt"); return0; } 附录源代码 #include"stdio.h" #include"memory.h" #include"stdlib.h" #definePLAIN_FILE_OPEN_ERROR-1 #defineKEY_FILE_OPEN_ERROR-2 #defineCIPHER_FILE_OPEN_ERROR-3 #defineOK1 typedefcharElemType; intByteToBit(ElemTypech,ElemTypebit[8]); intBitToByte(ElemTypebit[8],ElemType*ch); intChar8ToBit64(ElemTypech[8],ElemTypebit[64]); intBit64ToChar8(ElemTypebit[64],ElemTypech[8]); intDES_MakeSubKeys(ElemTypekey[64],ElemTypesubKeys[16][48]); intDES_PC1_Transform(ElemTypekey[64],ElemTypetempbts[56]); intDES_PC2_Transform(ElemTypekey[56],ElemTypetempbts[48]); intDES_ROL(ElemTypedata[56],inttime); intDES_IP_Transform(ElemTypedata[64]); intDES_IP_1_Transform(ElemTypedata[64]); intDES_E_Transform(ElemTypedata[48]); intDES_P_Transform(ElemTypedata[32]); intDES_SBOX(ElemTypedata[48]); intDES_XOR(ElemTypeR[48],ElemTypeL[48],intcount); intDES_Swap(ElemTypeleft[32],ElemTyperight[32]); intDES_EncryptBlock(ElemTypeplainBlock[8],ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypecipherBlock[8]); intDES_DecryptBlock(ElemTypecipherBlock[8],ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypeplainBlock[8]); intDES_Encrypt(char*plainFile,char*keyStr,char*cipherFile); intDES_Decrypt(char*cipherFile,char*keyStr,char*plainFile); //初始置换表IP intIP_Table[64]={57,49,41,33,25,17,9,1, 59,51,43,35,27,19,11,3, 61,53,45,37,29,21,13,5, 63,55,47,39,31,23,15,7, 56,48,40,32,24,16,8,0, 58,50,42,34,26,18,10,2, 60,52,44,36,28,20,12,4, 62,54,46,38,30,22,14,6}; //逆初始置换表IP^-1 intIP_1_Table[64]={39,7,47,15,55,23,63,31, 38,6,46,14,54,22,62,30, 37,5,45,13,53,21,61,29, 36,4,44,12,52,20,60,28, 35,3,43,11,51,19,59,27, 34,2,42,10,50,18,58,26, 33,1,41,9,49,17,57,25, 32,0,40,8,48,16,56,24}; //扩充置换表E intE_Table[48]={31,0,1,2,3,4, 3,4,5,6,7,8, 7,8,9,10,11,12, 11,12,13,14,15,16, 15,16,17,18,19,20, 19,20,21,22,23,24, 23,24,25,26,27,28, 27,28,29,30,31,0}; //置换函数P intP_Table[32]={15,6,19,20,28,11,27,16, 0,14,22,25,4,17,30,9, 1,7,23,13,31,26,2,8, 18,12,29,5,21,10,3,24}; //S盒 intS[8][4][16]=//S1 {{{14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7}, {0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8}, {4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0}, {15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13}}, //S2 {{15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10}, {3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5}, {0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15}, {13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9}}, //S3 {{10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8}, {13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1}, {13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7}, {1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12}}, //S4 {{7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15}, {13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9}, {10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4}, {3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14}}, //S5 {{2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9}, {14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6}, {4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14}, {11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3}}, //S6 {{12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11}, {10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8}, {9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6}, {4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13}}, //S7 {{4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1}, {13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6}, {1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2}, {6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12}}, //S8 {{13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7}, {1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2}, {7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8}, {2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11}}}; //置换选择1 intPC_1[56]={56,48,40,32,24,16,8, 0,57,49,41,33,25,17, 9,1,58,50,42,34,26, 18,10,2,59,51,43,35, 62,54,46,38,30,22,14, 6,61,53,45,37,29,21, 13,5,60,52,44,36,28, 20,12,4,27,19,11,3}; //置换选择2 intPC_2[48]={13,16,10,23,0,4,2,27, 14,5,20,9,22,18,11,3, 25,7,15,6,26,19,12,1, 40,51,30,36,46,54,29,39, 50,44,32,46,43,48,38,55, 33,52,45,41,49,35,28,31}; //对左移次数的规定 intMOVE_TIMES[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};//当下标为0,1,8,15时,左移次数为1,其他情况下,左移次数为2 //字节转换成二进制 intByteToBit(ElemTypech,ElemTypebit[8]){ intcnt; for(cnt=0;cnt<8;cnt++){ *(bit+cnt)=(ch>>cnt)&1;//与一位(1bit)“1”相与,结果仍为一位(1bit) } return0; } //二进制转换成字节 intBitToByte(ElemTypebit[8],ElemType*ch){//要求: 必须初始化ch,使其8位都为0,因为是或操作,任何数|0=任何数 intcnt; for(cnt=0;cnt<8;cnt++){ *ch|=*(bit+cnt)< } return0; } //将长度为8的字符串转为二进制位串 intChar8ToBit64(ElemTypech[8],ElemTypebit[64]){ intcnt; for(cnt=0;cnt<8;cnt++){ ByteToBit(*(ch+cnt),bit+(cnt<<3));//cnt<<3就是cnt*8,使用移位的目的是提高效率 } return0; } //将二进制位串转为长度为8的字符串 intBit64ToChar8(ElemTypebit[64],ElemTypech[8]){ intcnt; memset(ch,0,8);//首先要对ch进行初始化,使其8位都为0 for(cnt=0;cnt<8;cnt++){ BitToByte(bit+(cnt<<3),ch+cnt);//cnt<<3就是cnt*8,使用移位的目的是提高效率 } return0; } //生成子密钥 intDES_MakeSubKeys(ElemTypekey[64],ElemType
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